Valoriser le protoxyde d’azote par un procédé photocatalytique éco-responsable

Le protoxyde d’azote (N₂O), aussi connu sous le nom de gaz hilarant, porte bien mal son nom quand il s’agit de climat. Les émissions de ce gaz dans l’atmosphère, principalement par nos activités agricoles ou industrielles, sont en constante augmentation. Avec un pouvoir réchauffant 300 fois plus élevé que le dioxyde de carbone (CO₂) et une durée de vie de 120 ans, il est devenu un des acteurs majeurs du réchauffement climatique et de la dégradation de la couche d'ozone. Sa dégradation thermique dans les procédés qui le produisent est un des axes étudiés. Mais sa valorisation en tant source d’oxygène bon marché et disponible constitue une perspective éco-responsable très attractive pour la chimie de synthèse. Cette voie ne libérerait plus qu’une molécule inerte dans l’atmosphère : le diazote (N₂). Toutefois, extraire les atomes d’oxygène de cette molécule extrêmement stable et peu réactive reste un véritable challenge et nécessite des conditions de température élevées pour son activation. Le développement d’alternatives moins énergivores représente un enjeu actuel majeur.

Pour lever ce verrou, des chimistes de l’Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université Rennes/ENSCR/INSA Rennes) ont développé un catalyseur à base d’argent supporté sur du dioxyde de titane par une méthode aisée et rapide de photodéposition. Ce matériau s’est avéré efficace pour activer spécifiquement la molécule de protoxyde d’azote sous irradiation UV. Le transfert par voie photocatalytique de l’atome d’oxygène du N₂O vers des phosphines utilisées comme sondes a pu être démontré. Cette étude préalable démontre la possibilité de valoriser ce déchet industriel comme agent d’oxydation sélectif en synthèse organique dans des conditions douces.

Forte de ces résultats, l’équipe a ensuite développé une méthode économique et aisée pour la synthèse d’imines, intermédiaires clés pour la production de molécules pharmaceutiques et d’anti-cancéreux. Ces imines ont été préparées par des réactions de couplage d’amines en activant le N₂O comme agent oxydant. Sous irradiation photocatalytique, une large gamme d’imines a ainsi été synthétisée avec de très bons rendements et des sélectivités accrues comparées au dioxygène (O₂).

Ces résultats, parus dans deux récentes publications de la revue ChemCatChem, ouvrent de nouvelles perspectives pour la valorisation d’un déchet industriel nocif pour l’environnement en tant que synthon clé pour la chimie fine. La prochaine étape sera d’étendre ce procédé à d’autres réactions de synthèse organique qui utilisent également l’oxygène.